DE102016210122A1 - Slip ring and slip ring unit with a slip ring - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Schleifring umfassend einen dielektrischen Trägerkörper (1; 1’) mit einer umlaufenden Mantelfläche (1.4) und radial orientierten Durchführungen (1.1, 1.2) sowie ein erstes Leiterelement (10.1) und ein zweites Leiterelement (20.1). Die Leiterelemente (10.1, 20.1) sind in einem ersten Abschnitt (10.11, 20.11) parallel mit axialem Versatz (a) auf der Mantelfläche (1.4) in Umfangsrichtung verlaufend angeordnet und verlaufen in einem zweiten Abschnitt (10.12, 10.13, 20.12, 20.13) in den Durchführungen (1.1, 1.2) mit radialer Richtungskomponente. Die die ersten Abschnitte (10.11, 20.11) erstrecken sich in Umfangsrichtung jeweils über einen ersten Winkelbereich (α10, α20) von weniger als 360°, so dass entlang der Umfangsrichtung der Leiterelemente (10.1, 20.1) jeweils in einem zweiten Winkelbereich (β10, β20) eine Diskontinuität (u10, u20) vorliegt. Weiterhin sind die Durchführungen (1.1, 1.2) so angeordnet, so dass der zweite Winkelbereich (β10) des ersten Leiterelements (10.1) relativ zu dem zweiten Winkelbereich (β20) des zweiten Leiterelements (20.1) in Umfangsrichtung versetzt angeordnet ist, wobei das erste und das zweite Leiterelement (10.1, 20.1) elektrisch miteinander verbunden sind.The invention relates to a slip ring comprising a dielectric carrier body (1, 1 ') with a peripheral lateral surface (1.4) and radially oriented feedthroughs (1.1, 1.2) and a first conductor element (10.1) and a second conductor element (20.1). The conductor elements (10.1, 20.1) are arranged in a circumferential direction in a first section (10.11, 20.11) parallel to the axial offset (a) on the lateral surface (1.4) and run in a second section (10.12, 10.13, 20.12, 20.13) in FIG the bushings (1.1, 1.2) with radial direction component. The first sections (10.11, 20.11) extend in the circumferential direction in each case over a first angular range (α10, α20) of less than 360 °, so that along the circumferential direction of the conductor elements (10.1, 20.1) each in a second angular range (β10, β20 ) there is a discontinuity (u10, u20). Furthermore, the feedthroughs (1.1, 1.2) are arranged so that the second angle range (β10) of the first conductor element (10.1) is offset relative to the second angle range (β20) of the second conductor element (20.1) in the circumferential direction, wherein the first and the second conductor element (10.1, 20.1) are electrically connected to one another.
Description
GEBIET DER TECHNIKFIELD OF TECHNOLOGY
Die Erfindung betrifft einen Schleifring gemäß dem Anspruch 1 sowie eine Schleifringeinheit, die einen derartigen Schleifring umfasst gemäß dem Anspruch 10.The invention relates to a slip ring according to
Eine Schleifringeinheit umfasst üblicherweise zwei Bauteilgruppen, nämlich einem Stator und einem Rotor. Der Stator umfasst häufig zumindest eine Bürsteneinheit, wogegen der Rotor meist eine Folge von Schleifringen aufweist. Im Betrieb haben Bürsten der Bürsteneinheiten gleitenden Kontakt zu den Mantelseiten der rotierenden Schleifringe. Derartige Schleifringeinheiten werden in vielen technischen Gebieten eingesetzt um elektrische Signale oder elektrische Leistung von einer ortsfesten auf eine sich drehende elektrische Einheit oder in entgegengesetzter Richtung zu übertragen. A slip ring unit usually comprises two component groups, namely a stator and a rotor. The stator often comprises at least one brush unit, whereas the rotor usually has a series of slip rings. In operation brushes of the brush units have sliding contact with the shell sides of the rotating slip rings. Such slip ring units are used in many technical fields to transmit electrical signals or electrical power from a stationary to a rotating electrical unit or in the opposite direction.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
In der Patentschrift
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Schleifring für eine Schleifringeinheit zu schaffen, welche insbesondere für die Übertragung hochfrequenter Ströme beziehungsweise Signale geeignet ist und gleichzeitig eine einfache und wirtschaftliche Herstellung erlaubt.The invention has for its object to provide a slip ring for a slip ring unit, which is particularly suitable for the transmission of high-frequency currents or signals, while allowing a simple and economical production.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 beziehungsweise des Anspruchs 10 gelöst.This object is achieved by the features of
Demnach umfasst der Schleifring einen dielektrischen Trägerkörper mit einer umlaufenden Mantelfläche und radial orientierten Durchführungen, welche die Mantelfläche beziehungsweise den Trägerkörper durchdringen. Weiterhin umfasst der Schleifring ein erstes und ein zweites Leiterelement, wobei die Leiterelemente jeweils einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweisen. Im ersten Abschnitt sind die beiden Leiterelemente parallel mit axialem Versatz auf der Mantelfläche in Umfangsrichtung verlaufend angeordnet. Im zweiten Abschnitt verlaufen die Leiterelemente in den Durchführungen mit radialer Richtungskomponente. Dabei erstreckt sich jeweils der erste Abschnitt über einen ersten Winkelbereich von weniger als 360°, so dass entlang der Umfangsrichtung der Leiterelemente jeweils in einem zweiten Winkelbereich eine Diskontinuität vorliegt. Weiterhin sind die Durchführungen so angeordnet, dass der zweite Winkelbereich des ersten Leiterelements relativ zu dem zweiten Winkelbereich des zweiten Leiterelements in Umfangsrichtung versetzt angeordnet ist. Das erste und das zweite Leiterelement sind elektrisch miteinander verbunden. Insbesondere sind dann das erste und das zweite Leiterelement ein und derselben Spur zuzuordnen.Accordingly, the slip ring comprises a dielectric carrier body with a peripheral lateral surface and radially oriented passages which penetrate the lateral surface or the carrier body. Furthermore, the slip ring comprises a first and a second conductor element, wherein the conductor elements each have a first portion and a second portion. In the first section, the two conductor elements are arranged to extend in the circumferential direction parallel to the axial offset on the lateral surface. In the second section, the conductor elements run in the bushings with a radial direction component. In each case, the first section extends over a first angular range of less than 360 °, so that there is a discontinuity along the circumferential direction of the conductor elements in each case in a second angular range. Furthermore, the bushings are arranged such that the second angle range of the first conductor element is arranged offset relative to the second angle range of the second conductor element in the circumferential direction. The first and second conductor elements are electrically connected together. In particular, then the first and the second conductor element are assigned to one and the same track.
Die ersten Abschnitte der beiden Leiterelemente verlaufen also parallel mit axialem Versatz insbesondere in Kreisbogenform auf der Mantelfläche in Umfangsrichtung, während die zweiten Abschnitte der Leiterelemente in den Durchführungen insbesondere geradlinig mit radialer Richtungskomponente verlaufen.The first sections of the two conductor elements therefore extend parallel to the axial offset, in particular in circular arc form on the lateral surface in the circumferential direction, while the second sections of the conductor elements in the passages extend in particular in a straight line with a radial directional component.
Der Begriff Mantelfläche ist im Folgenden gemäß der geometrischen Definition für einen zylindrischen Körper zu verstehen, wobei der Schleifring zylindrisch, insbesondere hohlzylindrisch beziehungsweise ringförmig ausgestaltet sein kann. Die Mantelfläche ist insbesondere die umlaufende Außenfläche des Schleifrings, es kann aber im Folgenden auch die umlaufende Innenfläche unter diesem Begriff verstanden werden.The term lateral surface is to be understood below according to the geometric definition for a cylindrical body, wherein the slip ring can be configured cylindrical, in particular hollow cylindrical or annular. The lateral surface is in particular the peripheral outer surface of the slip ring, but it can also be understood below the circumferential inner surface under this term.
Insbesondere sind der erste Winkelbereich und der zweite Winkelbereich entlang einer Umfangslinie eines Leiterelements so bemessen, dass sich diese in Summe über 360°, also über den vollen Umfang, erstrecken.In particular, the first angle range and the second angle range along a circumferential line of a conductor element are dimensioned such that they extend in total over 360 °, ie over the full circumference.
Der Begriff Diskontinuität bedeutet im Folgenden eine Stelle entlang einer Umfangslinie, in der ein Leiterelement an seinem Außendurchmesser (für den Fall, dass die Leiterelemente an der äußeren Mantelfläche montiert sind) oder an seinem Innendurchmesser (für den Fall, dass die Leiterelemente an der inneren Mantelfläche montiert sind) nicht am Trägerkörper umläuft. Insbesondere sind die Enden des ersten Abschnitts eines Leiterelements durch einen Spalt oder einen Stoß beabstandet. Demnach kann beispielshalber Diskontinuität hier auch als Spalt oder Stoß verstanden werden.The term discontinuity in the following means a point along a circumferential line, in which a conductor element at its outer diameter (in the case that the conductor elements are mounted on the outer lateral surface) or at its inner diameter (in the case that the conductor elements on the inner circumferential surface are mounted) does not rotate on the carrier body. In particular, the ends of the first portion of a conductor element are spaced by a gap or a shock. Thus, for example, discontinuity can also be understood here as a gap or impact.
Somit erstreckt sich die Diskontinuität über einen Zentriwinkel, der dem zweiten Winkelbereich entspricht, welcher sich insbesondere durch die Formel 360° minus dem ersten Winkelbereich des ersten Abschnitts des Leiterelements berechnet.Thus, the discontinuity extends over a central angle corresponding to the second angular range, which is calculated in particular by the formula 360 ° minus the first angular range of the first portion of the conductor element.
Mit Vorteil umfasst die Mantelfläche eine erste und eine zweite umlaufende Nut, wobei das erste Leiterelement in der ersten Nut angeordnet ist und das zweite Leiterelement in der zweiten Nut.Advantageously, the lateral surface comprises a first and a second circumferential groove, wherein the first conductor element is arranged in the first groove and the second conductor element in the second groove.
In Weiterbildung der Erfindung weist der Schleifring ein drittes Leiterelement auf, welches in einem ersten Abschnitt parallel mit axialem Versatz zum ersten und zum zweiten Leiterelement auf der Mantelfläche in Umfangsrichtung verlaufend angeordnet ist. Zudem verläuft das dritte Leiterelement mit radialer Richtungskomponente in einem zweiten Abschnitt in Durchführungen. Der erste Abschnitt erstreckt sich über einen ersten Winkelbereich von weniger als 360°, so dass entlang der Umfangsrichtung des dritten Leiterelements jeweils in einem zweiten Winkelbereich beziehungsweise entlang des zweiten Winkelbereichs eine Diskontinuität vorliegt. Weiterhin sind die Durchführungen so angeordnet, so dass der zweite Winkelbereich des dritten Leiterelements relativ zu dem zweiten Winkelbereich des ersten und/oder des zweiten Leiterelements in Umfangsrichtung versetzt angeordnet ist, wobei das erste, das zweite und das dritte Leiterelement elektrisch miteinander verbunden sind.In a further development of the invention, the slip ring on a third conductor element, which in a first section parallel with axial offset to the first and the second conductor element on the Jacket surface is arranged extending in the circumferential direction. In addition, the third conductor element extends with radial direction component in a second section in bushings. The first section extends over a first angular range of less than 360 °, so that there is a discontinuity along the circumferential direction of the third conductor element in each case in a second angular range or along the second angular range. Furthermore, the feedthroughs are arranged such that the second angle range of the third conductor element is offset relative to the second angle range of the first and / or the second conductor element in the circumferential direction, wherein the first, the second and the third conductor element are electrically connected to one another.
In analoger Weise können auch weitere Leiterelemente am Trägerkörper angeordnet sein, so dass also beispielsweise vier oder mehr Leiterelemente in vier oder mehr Nuten angeordnet sein können.In an analogous manner, further conductor elements can be arranged on the carrier body, so that, for example, four or more conductor elements can be arranged in four or more grooves.
Mit Vorteil erstreckt sich der erste Winkelbereich über mindestens 270°, in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung über mindestens 300°, insbesondere über mindestens 340°.Advantageously, the first angular range extends over at least 270 °, in a further advantageous embodiment over at least 300 °, in particular over at least 340 °.
Alternativ kann der Schleifring auch so ausgestaltet sein, dass entlang einer Umfangslinie mehrere Leiterelemente in Umfangsrichtung aneinander gereiht angeordnet sind, so dass entlang dieser Umfangslinie mehrere Diskontinuitäten auftreten.Alternatively, the slip ring can also be designed so that along a circumferential line a plurality of conductor elements are arranged in the circumferential direction lined up, so that occur along this circumferential line several discontinuities.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung liegt zwischen der Durchführung des ersten Leiterelements und der Durchführung des zweiten Leiterelements in Umfangsrichtung auf der Mantelfläche ein Abstand vor.In a further embodiment of the invention is between the implementation of the first conductor element and the implementation of the second conductor element in the circumferential direction on the lateral surface a distance.
Vorteilhafterweise sind die Leiterelemente jeweils als ein Draht ausgestaltet, der insbesondere einen Querschnitt von weniger als 20 mm2, insbesondere weniger als 10 mm2, insbesondere weniger als 5 mm2, aufweist.Advantageously, the conductor elements are each configured as a wire, which in particular has a cross section of less than 20 mm 2 , in particular less than 10 mm 2 , in particular less than 5 mm 2 .
Der Draht kann einen runden Querschnitt aufweisen, was gerade zu Übertragung von hochfrequenten Signalen Vorteile bringen kann.The wire can have a round cross-section, which can bring advantages in particular for the transmission of high-frequency signals.
Mit Vorteil sind die Leiterelemente mit ihren ersten und zweiten Abschnitten jeweils einstückig ausgestaltet.Advantageously, the conductor elements are configured in one piece with their first and second sections.
In vorteilhafter Weise sind die Leiterelemente mit einem Edelmetall, beispielsweise Gold, beschichtet.Advantageously, the conductor elements are coated with a noble metal, for example gold.
Gemäß einer bevorzugten Bauweise ist die elektrische Verbindung der Leiterelemente bezogen auf den ersten Abschnitt radial innen liegend angeordnet. Bei dieser Bauweise sind die Leiterelemente am Außenumfang des Trägerkörpers angeordnet.According to a preferred construction, the electrical connection of the conductor elements is arranged radially inwardly with respect to the first section. In this construction, the conductor elements are arranged on the outer circumference of the carrier body.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die elektrisch miteinander verbunden Leiterelemente einer Spur zugeordnet, die von Stegen axial begrenzt ist.In a further embodiment of the invention, the electrically interconnected conductor elements are associated with a track which is bounded by webs axially.
Die Erfindung betrifft auch eine Schleifringeinheit, welche einen entsprechenden Schleifring umfasst sowie eine Bürsteneinheit mit einer Bürste. Die zwei Leiterelemente sind im jeweiligen ersten Abschnitt eines Leiterelements von der Bürste über jeweils den ersten Winkelbereich schleifend kontaktierbar, wobei sich der erste Winkelbereich über mindestens 270° erstreckt.The invention also relates to a slip ring unit which comprises a corresponding slip ring and a brush unit with a brush. In the respective first section of a conductor element, the two conductor elements can be contacted in a sliding manner by the brush via the respective first angular region, wherein the first angular region extends over at least 270 °.
Bei einer Ausgestaltung des Schleifrings mit drei Leiterelementen kann die Schleifringeinheit so konfiguriert sein, dass durch die Bürste zumindest zwei Leiterelemente im jeweiligen ersten Abschnitt des betreffenden Leiterelements über den gesamten Umfang hinweg schleifend kontaktierbar sind.In an embodiment of the slip ring with three conductor elements, the slip ring unit can be configured such that at least two conductor elements in the respective first section of the relevant conductor element can be contacted in a sliding manner over the entire circumference by the brush.
Mit Vorteil ist die Bürste aus einem metallhaltigen Material hergestellt. Insbesondere aus einem nicht kohlehaltigen Material.Advantageously, the brush is made of a metal-containing material. In particular, from a non-carbonaceous material.
Gemäß einer bevorzugten Variante der Schleifringeinheit weist die Bürste eine Edelmetall-haltige, eine beispielsweise Gold-haltige, Oberfläche auf.According to a preferred variant of the slip ring unit, the brush has a precious metal-containing, for example, gold-containing, surface.
Die Schleifringeinheit kann insbesondere so aufgebaut sein, dass ein Leiterelement von der Bürste zweifach kontaktierbar ist. In diesem Zusammenhang weist die Bürste mit Vorteil zwei freie Enden auf, die jeweils an ein und demselben Leiterelement anliegen mit in Umfangsrichtung vorliegendem Versatz. Diese Anordnung kann auch als Doppelbürste bezeichnet werden, die insbesondere eine Redundanz der Strom- beziehungsweise Datenübertragung mit sich bringt.The slip ring unit can in particular be constructed such that a conductor element can be doubly contacted by the brush. In this context, the brush advantageously has two free ends, each of which bears against one and the same conductor element with an offset in the circumferential direction. This arrangement can also be referred to as a double brush, which brings in particular a redundancy of the current or data transmission with it.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind insbesondere diejenigen Leiterelemente, welche eine Spur bilden im ersten Abschnitt axial von Stegen umgeben, die zur Begrenzung der axialen Bewegbarkeit der Bürste einen größeren Außendurchmesser aufweisen als der erste Abschnitt der Leiterelemente.In a further embodiment of the invention, in particular those conductor elements which form a track in the first section axially surrounded by webs, which have a larger outer diameter for limiting the axial mobility of the brush as the first portion of the conductor elements.
Die Schleifringeinheit dient zur Übertragung von elektrischer Leistung und/oder von elektrischen Signalen, also zur Übertragung von Information.The slip ring unit is used for the transmission of electrical power and / or electrical signals, so for the transmission of information.
Durch den erfindungsgemäßen Schleifring beziehungsweise durch die erfindungsgemäße Schleifringeinheit können auf vergleichsweise einfache Weise hochfrequente Signale übertragen werden. Insbesondere erweist sich die spezielle Bauweise des Schleifrings vorteilhaft im Hinblick auf eine reduzierte elektrische Kapazität.By the slip ring according to the invention or by the slip ring unit according to the invention can transmit high-frequency signals in a relatively simple manner become. In particular, the special design of the slip ring proves advantageous in terms of a reduced electrical capacity.
Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung entnimmt man den abhängigen Ansprüchen.Advantageous embodiments of the invention will remove the dependent claims.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des erfindungsgemäßen Schleifrings beziehungsweise der erfindungsgemäßen Schleifringeinheit ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Figuren.Further details and advantages of the slip ring according to the invention or the slip ring unit according to the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the accompanying figures.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Es zeigen dieIt show the
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS
In den
Am Trägerkörper
Die Schleifringeinheit ist so ausgebildet, dass bei einer relativen Drehung des Trägerkörpers
In die umlaufenden Mantelfläche
Im Trägerkörper
In der
Im Folgenden wird der detaillierte Aufbau des Schleifrings anhand der ersten Spur erläutert. Das Material für die Leiterelemente
Danach werden die so vorbereiteten Leiterelemente
Nachdem die Leiterelemente
Die übrigen Leiterelemente
Die Leiterelemente
Dadurch, dass die Durchführungen
Durch die versetzte Anordnung der Durchführungen
In der
Die Schleifringeinheit dient zum Übertragen von elektrischen Signalen, insbesondere hochfrequenten Signalen. Durch die Schleifringeinheit können hohe Datenraten beispielsweise für Ethernet-, Sercosdatenverbindungen oder andere Echtzeitdatenverbindungen übertragen werden. Insbesondere ist durch die spezielle Bauweise sichergestellt, dass die Bürsten
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel nach
Die erste Spur mit den Leiterelementen
Gemäß der
Die erste Spur mit den Leiterelementen
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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